WO2020184951A1 - 고감속비를 구현한 감속장치 - Google Patents

고감속비를 구현한 감속장치 Download PDF

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WO2020184951A1
WO2020184951A1 PCT/KR2020/003305 KR2020003305W WO2020184951A1 WO 2020184951 A1 WO2020184951 A1 WO 2020184951A1 KR 2020003305 W KR2020003305 W KR 2020003305W WO 2020184951 A1 WO2020184951 A1 WO 2020184951A1
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WO
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ring gear
gear
reduction ratio
carrier
dimension
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PCT/KR2020/003305
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Inventor
김몽룡
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김몽룡
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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H1/00—Toothed gearings for conveying rotary motion
    • F16H1/28—Toothed gearings for conveying rotary motion with gears having orbital motion
    • F16H1/32—Toothed gearings for conveying rotary motion with gears having orbital motion in which the central axis of the gearing lies inside the periphery of an orbital gear
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H55/00—Elements with teeth or friction surfaces for conveying motion; Worms, pulleys or sheaves for gearing mechanisms
    • F16H55/02—Toothed members; Worms
    • F16H55/08—Profiling
    • F16H55/0806—Involute profile
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H57/00—General details of gearing
    • F16H57/08—General details of gearing of gearings with members having orbital motion
    • F16H57/082—Planet carriers

Definitions

  • the present invention provides a braking function without reversing phenomenon, provides a high reduction ratio while miniaturization/lightweight, and provides a high torque, relates to a reduction device implementing a high reduction ratio.
  • the reduction device is arranged in a housing by combining a series of gear devices, shafts, and bearings, and provides by reducing the rotational speed at a constant reduction ratio from the drive shaft to the output shaft, while amplifying torque, which is a rotational force, corresponding to the reduction ratio.
  • Korean Patent Application Publication No. 10-2005-0015659 is disclosed.
  • an internal gear 11 is formed and a planetary gear ( 12) and the sun gear 13 are gear-coupled to the housing (1), the drive shaft (2) penetrated into the housing (1) and coupled to the sun gear (13), and the internal gear (11) is arranged in parallel with the planetary gear ( It is composed of an output shaft 3 connected to a drive gear 31 having a different dimension than the internal gear 11 that is engaged with 12), so as to provide a large reduction ratio while miniaturizing/lightening.
  • the reduction ratio to the output shaft may be rather reduced, the braking function is limited, and there is a need for improvement to be applied to a wider range of fields.
  • the technical problem to be achieved by the idea of the present invention is that the rotational force of a high reduction ratio can be transmitted to the output shaft by a multi-stage reduction structure, it is possible to provide a strong braking function without reversal phenomenon due to vibration or load, and to realize miniaturization and weight reduction. , It is to provide a reduction device with a high reduction ratio that can be applied in a wide range of fields as it can be applied in a narrow space.
  • the present invention provides a first sun gear formed at a front end of a drive shaft of an electric motor, a first planetary gear meshing with the first sun gear, and the first planetary gear being accommodated inside and the first planetary gear.
  • a first step reduction module consisting of a first carrier to which a corresponding rotation shaft of a gear is coupled, and a first ring gear meshing with the first planetary gear, wherein an output shaft engaging hole is formed in the center of one side of the first carrier ;
  • a second sun gear coupled to the output shaft engagement hole, a second planetary gear engaged with the second sun gear, and a second carrier in which the second planetary gear is accommodated inside and the corresponding rotation shaft of the second planetary gear is coupled, respectively
  • An output cover fixedly coupled to the second ring gear and having an output shaft formed at the center thereof;
  • a first housing to which the first ring gear is fixedly coupled to the inside, and a second housing which is fixedly coupled to face the first housing, the output cover is rotatably coupled, and the output shaft is exposed through it.
  • the first carrier and the second carrier are coaxially coupled so as to be mutually rotatable, the first ring gear has a dimension of 45, and the second ring gear has a dimension of 42,
  • the reduction ratio of the output shaft by the first ring gear and the second ring gear is 1/15, providing a reduction device implementing a high reduction ratio.
  • the dimension of the first sun gear is 9, the dimension of the first planetary gear is 18, the dimension of the first ring gear is 45, the reduction ratio of the first stage reduction module is 1/6, and the second sun gear is The dimension is 9, the dimension of the second planetary gear is 18, the reduction ratio of the second stage reduction module is 1/6, the dimension of the second ring gear is 42, and the dimension of the second ring gear is based on the first ring gear.
  • the reduction ratio may be 1/15, and the final reduction ratio of the output shaft may be 1/540.
  • first ring gear, the second sun gear, and the second planetary gear may be processed into an involute gear, and the second ring gear may be processed into a cycloid toothed potential gear.
  • the outer surface of the first ring gear is chamfered into a triangular cross-sectional structure
  • the inner surface of the first housing is chamfered into a triangular cross-sectional structure corresponding to the outer surface structure of the first ring gear, and fixedly coupled to each other.
  • the outer surface of the second ring gear is chamfered into a triangular cross-sectional structure
  • the output cover is formed in a circular cross-sectional structure, and is coupled to the outer surface structure of the second ring gear facing the second ring gear.
  • a sphere is formed to extend, and the inner surface of the second housing may be recessed into a circular cross-sectional structure corresponding to the outer surface structure of the output cover.
  • a fixing plate through which a fixing hole is passed may be formed at a lower end of the first housing.
  • a circular first guide is formed at a predetermined height in the output shaft engagement hole of the first carrier, and a second guide is circularly penetrated into the second carrier to face the first guide.
  • the first carrier and the second carrier may be coaxially coupled to each other so as to be rotatable.
  • the self-weight object is unnecessary, so the sluice structure is more simplified and lighter, and the sluice gate is opened and closed more quickly. By connecting or disconnecting, there is an effect that manual/automatic switching can be implemented.
  • FIG. 1 is an illustration of a reduction device according to the prior art.
  • FIG. 2 is a perspective view of a reduction device implementing a high reduction ratio according to the present invention.
  • 3 and 4 are exploded perspective views of the reduction device implementing the high reduction ratio of FIG. 2.
  • FIG. 5 is a cutaway perspective view of a reduction device implementing the high reduction ratio of FIG. 2.
  • FIG. 6 is a diagram showing the deceleration module of the deceleration device implementing the high deceleration ratio of Fig. 2 separately.
  • FIG. 7 and 8 are exploded perspective views of the deceleration module of FIG. 6.
  • FIG. 9 is a view showing the meshing structure of the reduction device implementing the high reduction ratio of FIG. 2.
  • FIG. 2 is a perspective view of a reduction device implementing a high reduction ratio according to the present invention
  • FIGS. 3 and 4 are exploded perspective views of a reduction device implementing the high reduction ratio of FIG. 2
  • FIG. 5 is a high reduction ratio implementation of FIG.
  • Fig. 6 is a cut-away perspective view of a reduction device
  • Fig. 6 is a separate reduction module of the reduction unit implementing the high reduction ratio of Fig. 2
  • Figs. 7 and 8 are exploded perspective views of the reduction module of Fig. 6,
  • Fig. 9 is It shows the meshing structure of the reduction device that implements the high reduction ratio of 2.
  • the reduction device implementing the high reduction ratio according to the embodiment of the present invention has 45 dimensions of the first ring gear 114, and is connected to the drive shaft 11 of the electric motor.
  • the first stage deceleration module 110 for decelerating the rotational force first, the second ring gear 124 has 42 dimensions, and the second stage deceleration module 120 secondly decelerating the rotational force of the first stage deceleration module 110 ), and an output cover 130 that couples with the second ring gear 124 of the second speed reduction module 120 and reduces the rotational force of the second speed reduction module 120 to a reduction ratio of 1/15, and a housing It is composed of 140, and the main point is to provide a high reduction ratio while implementing miniaturization/lightweight.
  • the first step reduction module 110 includes a first sun gear 111 formed at a front end of the drive shaft 11 of an electric motor (not shown), a first planetary gear 112 meshing with the first sun gear 111, A first carrier 113 in which the first planetary gear 112 is accommodated inside and the corresponding rotation shaft 112a of the first planetary gear 112 is coupled, and a first ring that meshes with the first planetary gear 112 It consists of a gear 114.
  • an output shaft engaging hole 113a is formed in the center of one side of the first carrier 113.
  • the first planetary gears 112 are composed of three and are spaced apart from each other at an equal interval of 120° with respect to the axis, and partially exposed to the outer circumferential surface of the first carrier 113. It is accommodated in a structure so that the first planetary gear 112 meshes with the first ring gear 114.
  • the first sun gear 111 has a dimension of 9
  • the first planetary gear 112 has a dimension of 18, and the first ring gear 114 has a dimension of 45
  • the first step reduction The reduction ratio of the module 110 is determined to be 1/6 by the calculation formula of ⁇ first sun gear/(first sun gear + first ring gear) ⁇ .
  • the first step reduction module 110 is a reduction ratio according to the dimensions of the first sun gear 111 and the first ring gear 114, and reduces the rotational force of the drive shaft 11 to one value, and the second step speed reduction module at the rear end It is transmitted to the second sun gear 121 of 120.
  • the second speed reduction module 120 includes a second sun gear 121 coupled to the output shaft engaging hole 113a, a second planetary gear 122 engaging with the second sun gear 121, and a second planetary gear ( 122) is accommodated inside the second carrier 123 to which the corresponding rotation shaft 122a of the second planetary gear 122 is coupled, and a second ring gear 124 meshing with the second planetary gear 123 Is composed.
  • the second planetary gear 122 is composed of three, 120 ° the same distance from the axis
  • the second planetary gears 122 are partially exposed to the outer circumferential surface of the second carrier 123 so that the second planetary gear 122 is engaged with the second ring gear 124.
  • the dimension of the second sun gear 121 is 9
  • the dimension of the second planetary gear 122 is 18, the dimension of the second ring gear 124 is 42
  • the second planetary gear is (122) is meshed with the first ring gear 114, so the reduction ratio of the second stage reduction module 120 is 1/ by the calculation formula of ⁇ 2nd sun gear/(2nd sun gear + 1st ring gear) ⁇ It is determined by 6.
  • the second speed reduction module 120 is a reduction ratio according to the dimensions of the first ring gear 114 and the second sun gear 121, and the rotational force of the second carrier 123 of the second speed reduction module 120 is It decelerates to 2 values and transmits it to the output cover 130 at the rear end.
  • the first carrier 113 and the second carrier 123 are composed of a pair of left and right brackets and are coupled by the corresponding coupling pins (113a, 123a), inside the bracket
  • the first planetary gear 112 and the second planetary gear 122 may be coupled to be rotatable by the corresponding rotation shafts 112a and 122a.
  • the output cover 130 is fixedly coupled to the second ring gear 124, and an output shaft 131 is formed at the center.
  • the output shaft 131 is formed extending in a hexagonal bolt shape, and may transmit a rotational force to a driving unit (not shown) at a rear end that is fastened to the output shaft 131.
  • the housing 140 is a first housing 141 to which the first ring gear 114 is fixedly coupled to the inner side, and the first housing 141 is fixedly coupled to face the first housing 141, and ,
  • the output cover 130 is coupled to be rotatable, and the output shaft 131 is configured of a second housing 142 through which it is exposed.
  • the outer surface of the first ring gear 114 is chamfered into a triangular cross-sectional structure
  • the inner surface of the first housing 141 is chamfered into a triangular cross-sectional structure corresponding to the outer surface structure of the first ring gear 114 It is processed and fixedly bonded together.
  • the outer surface of the second ring gear 124 is chamfered into a triangular cross-sectional structure, and the output cover 130 is formed in a circular cross-sectional structure, and the second ring gear 124 faces the second ring gear 124.
  • the coupling hole 132 is extended to correspond to the outer surface structure of the ring gear 124, and the inner surface of the second housing 142 is indented into a circular cross-sectional structure corresponding to the outer surface structure of the output cover 130.
  • the output cover 130 rotates inside the second housing 142 in conjunction with the second ring gear 124.
  • the outer surface of the first ring gear 114, the inner surface of the first housing 141, and the outer surface of the second ring gear 124 are illustrated in a chamfered triangular cross-sectional structure, but the output shaft ( 131) can be chamfered into various cross-sectional structures by the configuration and structure of the reduction device according to the torque characteristic or reduction ratio characteristic.
  • a fixing plate 141b through which a fixing hole 141a is passed is formed at the lower end of the first housing 141, so that the housing 140 is fastened to the fixing hole 141a by a bolt or piece. ) Can be stably fixed to the installation space.
  • the first carrier 113 and the second carrier 123 are coaxially coupled so as to be mutually rotatable, and as shown in FIGS. 4 and 5, the second planetary gear 122
  • the first ring gear 114 and the second ring gear 124 overlap and engage, and are fixed by the first housing 141 and are fixed by the first housing 141 and are fixed by the first ring gear 141 along the inner gear of the first ring gear 113 that does not rotate.
  • the planetary gear 112 rotates and the first carrier 113 in which the first planetary gear 112 is installed rotates and interlocks, so that the second sun gear 121 rotates in synchronization with the second planetary gear 122 As a result, the second ring gear 124 rotates, but the output cover 130 is finally rotated by the rotation of the second planetary gear 122.
  • the dimension of the second ring gear 124 is relatively smaller than the dimension of the first ring gear 114, so that the size of the second ring gear 124 based on the first ring gear 115
  • the reduction ratio provides an additional reduction ratio of 1/15.
  • the gears of the first ring gear 114 and the second ring gear 124 overlap and engage with the first speed reduction module 110, the second speed reduction module 120, and the second planetary gear 122
  • the final reduction ratio of the output shaft 131 is 1/540, which transmits the rotational force of the high reduction ratio to the output shaft 131, and transmits high torque to the output shaft 131 in inverse proportion to its reduction ratio.
  • the first ring gear 114, the second sun gear 121, and the second planetary gear 122 are used as involute gears. It is processed, and the second ring gear 124 is machined into a cycloid toothed potential gear, and it is preferable that the basic circle of the first ring gear 114 and the second ring gear 124 be processed identically. I can.
  • a circular first guide 113b is formed at a predetermined height in the output shaft engaging hole 113a of the first carrier 113 to face the second carrier 123, and the first guide Opposite to (113b), the second carrier 123 is formed with a second guide 123b penetrating in a circular shape, and the first carrier 113 and the second carrier 123 are coaxially coupled so as to be mutually rotatable,
  • the configuration of the first and second guides 113b and 123b serves as a bearing for rotation, thereby minimizing fatigue by reducing the friction area, and inducing stable rotation while fixing the rotating shaft, thereby suppressing shaking or twisting of the gear.
  • the second planetary gear 122 overlaps and engages with the first ring gear 114 and the second ring gear 124, so that when the rotational force is not transmitted from the drive shaft 11, the first ring gear 114 and the The second ring gear 124 maintains a stationary state due to conflicting stresses between the second ring gears 124, so that a strong self-locking function can be provided without reversing due to vibration or load. .
  • a stable sluice gate braking function is provided so that the sluice gate can be precisely controlled to open and close.
  • a through hole 131a is formed inside the output shaft 131, and one end of the second sun gear 121 passes through the through hole 131a.
  • the manual operation unit 121a is formed at the end, and the manual operation unit ( The output shaft 131 of the output cover 130 may be rotated by manual rotation of 121a).
  • the sluice door in an emergency situation, when the sluice door needs to be opened and closed, it can be used as a winder capable of quickly opening and closing the sluice gate by the manual operation unit 121a.
  • the self-weight object is unnecessary, so the sluice structure is more simplified and lighter, the sluice gate opening and closing can be performed more quickly, and the winder itself can be miniaturized/lightened by linking.
  • the manual operation unit 121a is composed of a rotation groove recessed inward, formed with a hexagonal wrench bolt, or formed in a hexagonal nut shape, a handle having a corresponding chuck, an electric drill having a corresponding chuck, or an emergency battery It may be rotatable by a motor having a.
  • the manual operation unit 121a includes a driving unit, for example, a clutch (not shown) that is connected/disconnected to the sluice gate opening/closing driving unit, and may connect or release the output shaft 131 with the driving unit by the operation of the clutch.
  • a driving unit for example, a clutch (not shown) that is connected/disconnected to the sluice gate opening/closing driving unit, and may connect or release the output shaft 131 with the driving unit by the operation of the clutch.
  • the configuration of the reduction device implementing the high reduction ratio as described above it is possible to provide a high torque while providing a high reduction ratio by a multi-stage reduction structure, and a strong braking function without reversal caused by vibration or load. It is applied to a dam, breakwater, reservoir or river when opening and closing the sluice gate, and it is applied as a hoist. It provides a stable sluice gate braking function without installing a separate sluice brake so that the sluice gate can be opened and closed by precise control to the correct position.

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Abstract

본 발명은, 제1링기어(114)의 치수가 45개이고, 전기모터의 구동축(11)과 연결되어 회전력을 1차로 감속하는 제1단감속모듈(110)과, 제2링기어(124) 치수가 42개이고, 제1단감속모듈(110)의 회전력을 2차로 감속하는 제2단감속모듈(120)과, 제2단감속모듈(120)의 제2링기어(124)와 결합하고, 제2단감속모듈(120)의 회전력을 1/15의 감속비로 감속하는 출력커버(130)와, 하우징(140)으로 구성되어, 소형화/경량화를 구현하면서 고감속비를 제공할 수 있는, 고감속비를 구현한 감속장치를 개시한다.

Description

고감속비를 구현한 감속장치
본 발명은 역전현상이 없는 제동기능을 제공하며, 소형화/경량화하면서 고감속비를 제공하고, 높은 토크를 제공할 수 있는, 고감속비를 구현한 감속장치에 관한 것이다.
감속장치는, 일련의 기어장치와 축과 베어링을 조합하여 하우징내에 배치되어서, 구동축으로부터 출력축으로 일정 감속비율로 회전속도를 감속시켜 제공하면서 감속비율에 상응하여 회전력인 토크를 증폭시킨다.
한편, 이와 관련한 선행기술로서, 한국 공개특허공보 제10-2005-0015659호가 개시되어 있는데, 종래의 큰 감속비를 가지는 감속장치는, 내접기어(11)가 형성되어 그 축심방향으로 순차로 유성기어(12)와 선기어(13)가 기어결합되는 하우징(1)과, 하우징(1)으로 관입되어 선기어(13)에 결합되는 구동축(2)과, 내접기어(11)와 병렬로 배치되어 유성기어(12)에 함께 물리는 내접기어(11)보다 치수가 다른 구동기어(31)에 연결되는 출력축(3)으로 이루어져서, 소형화/경량화하면서 큰 감속비를 제공하고자 한다.
하지만, 구동기어의 치수가 내접기어의 치수보다 커서 출력축으로의 감속비가 오히려 감소할 수도 있으며, 제동기능이 제한되고, 보다 광범위한 분야에 적용하도록 개선할 필요성이 제기된다.
본 발명의 사상이 이루고자 하는 기술적 과제는, 다단 감속구조에 의해 고감속비의 회전력을 출력축으로 전달할 수 있으며, 진동 또는 하중에 의한 역전현상 없이 강력한 제동기능을 제공할 수 있고, 소형화 및 경량화를 구현하여, 협소한 공간에서도 적용이 가능하여 광범위한 분야에 적용할 수 있는, 고감속비를 구현한 감속장치를 제공하는 데 있다.
전술한 목적을 달성하고자, 본 발명은, 전기모터의 구동축 전단에 형성된 제1선기어와, 상기 제1선기어와 치합하는 제1유성기어와, 상기 제1유성기어가 내측에 수용되고 상기 제1유성기어의 해당 회전축이 각각 결합되는 제1캐리어와, 상기 제1유성기어와 치합하는 제1링기어로 구성되되, 상기 제1캐리어의 일측면 중심에는 출력축 치합홀이 형성되는, 제1단감속모듈; 상기 출력축 치합홀에 결합하는 제2선기어와, 상기 제2선기어와 치합하는 제2유성기어와, 상기 제2유성기어가 내측에 수용되고 상기 제2유성기어의 해당 회전축이 각각 결합되는 제2캐리어와, 상기 제2유성기와 치합하는 제2링기어로 구성되되, 상기 제2유성기어는 상기 제1링기어 및 상기 제2링기어와 중첩되어 치합하는, 제2단감속모듈; 상기 제2링기어와 고정 결합하고 중심에 출력축이 형성된 출력커버; 및 상기 제1링기어가 내측에 고정 결합되는 제1하우징과, 상기 제1하우징과 대향하여 고정 결합하며, 상기 출력커버가 회전가능하도록 결합되고, 상기 출력축이 관통하여 노출되는 제2하우징으로 구성되는 하우징;을 포함하고, 상기 제1캐리어와 상기 제2캐리어는 상호 회전가능하도록 동축결합하고, 상기 제1링기어의 치수는 45개이고, 상기 제2링기어의 치수는 42개 로 구성되어, 상기 제1링기어와 상기 제2링기어에 의한 상기 출력축의 감속비는 1/15인, 고감속비를 구현한 감속장치를 제공한다.
여기서, 상기 제1선기어의 치수는 9이며 상기 제1유성기어의 치수는 18이고 상기 제1링기어의 치수는 45로 상기 제1단감속모듈의 감속비는 1/6이며, 상기 제2선기어의 치수는 9이며 상기 제2유성기어의 치수는 18로 제2단감속모듈의 감속비는 1/6이고, 상기 제2링기어의 치수는 42이고 상기 제1링기어 기준으로 상기 제2링기어의 감속비는 1/15로, 상기 출력축의 최종 감속비는 1/540일 수 있다.
또한, 상기 제1링기어와 상기 제2선기어와 상기 제2유성기어는 인벌류트기어로 가공되고, 상기 제2링기어는 싸이클로이드치형의 전위기어로 가공될 수 있다.
또한, 상기 제1링기어의 외측면은 삼각형 단면구조로 면취가공되고, 상기 제1하우징의 내측면은 상기 제1링기어의 외측면 구조에 상응하여 삼각형 단면구조로 면취가공되어, 상호 고정 결합되며, 상기 제2링기어의 외측면은 삼각형 단면구조로 면취가공되고, 상기 출력커버는 원형 단면구조로 형성되며 상기 제2링기어에 대향하여 상기 제2링기어의 외측면 구조에 상응하여 결합구가 연장 형성되고, 상기 제2하우징의 내측면은 상기 출력커버의 외측면 구조에 상응하여 원형 단면구조로 만입 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1하우징의 하단에는 고정홀이 관통된 고정플레이트가 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1캐리어의 상기 출력축 치합홀에는 상기 제2캐리어에 대향하여 일정높이로 원형의 제1가이드가 형성되고, 상기 제1가이드에 대향하여 상기 제2캐리어에는 원형으로 관통된 제2가이드가 형성되어, 상기 제1캐리어와 상기 제2캐리어는 상호 회전가능하도록 동축결합할 수 있다.
본 발명에 의하면, 다단의 감속구조에 의해, 고감속비를 제공하면서 높은 토크를 제공할 수 있는 효과가 있다.
또한, 진동 또는 하중에 의한 역전현상 없이 강력한 제동기능을 제공하여 댐, 방파제, 저수지 또는 하천의 수문 개폐시, 권양기로 적용하여, 별도의 수문 브레이크의 설치없이, 안정적인 수문의 제동기능을 제공하여서 수문을 정확한 위치로 정밀 제어하여 개폐할 수 있으며, 정전시 또는 전기모터의 이상시, 긴급한 상황에서, 수문을 개폐하여야 하는 경우, 수동조작부에 의해서 신속하게 수문을 개폐할 수 있는 권양기로 활용할 수 있으며, 자중 개폐식 수문에 비해, 자중객체가 불필요하여서, 수문구조를 보다 단순화하고 경량화하며, 수문개폐를 보다 신속하게 수행하도록 하고, 출력축과 구동부 사이에 클러치를 개재하여 클러치의 동작에 의해, 출력축을 구동부와 연결하거나 해제하여서, 수동/자동 전환을 구현할 수 있는 효과가 있다.
더 나아가, 소형화 및 경량화를 구현하여서, 협소한 공간에서도 적용이 가능하여서, 정밀위치제어가 요구되는 산업용 로봇관절분야에도 광범위하게 적용할 수 있다.
도 1은 종래기술에 의한 감속장치를 예시한 것이다.
도 2는 본 발명에 의한 고감속비를 구현한 감속장치의 사시도이다.
도 3 및 도 4는 도 2의 고감속비를 구현한 감속장치의 분해사시도이다.
도 5는 도 2의 고감속비를 구현한 감속장치의 절단 사시도이다.
도 6은 도 2의 고감속비를 구현한 감속장치의 감속모듈을 분리하여 나타낸 것이다.
도 7 및 도 8은 도 6의 감속모듈의 분해사시도이다.
도 9는 도 2의 고감속비를 구현한 감속장치의 치합구조를 나타낸 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조로 전술한 특징을 갖는 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하고자 한다.
도 2는 본 발명에 의한 고감속비를 구현한 감속장치의 사시도를이며, 도 3 및 도 4는 도 2의 고감속비를 구현한 감속장치의 분해사시도이며, 도 5는 도 2의 고감속비를 구현한 감속장치의 절단 사시도이며, 도 6은 도 2의 고감속비를 구현한 감속장치의 감속모듈을 분리하여 나타낸 것이고, 도 7 및 도 8은 도 6의 감속모듈의 분해사시도이고, 도 9는 도 2의 고감속비를 구현한 감속장치의 치합구조를 나타낸 것이다.
도 2 내지 도 9를 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 고감속비를 구현한 감속장치는, 전체적으로, 제1링기어(114)의 치수가 45개이고, 전기모터의 구동축(11)과 연결되어 회전력을 1차로 감속하는 제1단감속모듈(110)과, 제2링기어(124) 치수가 42개이고, 제1단감속모듈(110)의 회전력을 2차로 감속하는 제2단감속모듈(120)과, 제2단감속모듈(120)의 제2링기어(124)와 결합하고, 제2단감속모듈(120)의 회전력을 1/15의 감속비로 감속하는 출력커버(130)와, 하우징(140)으로 구성되어, 소형화/경량화를 구현하면서 고감속비를 제공하는 것을 요지로 한다.
제1단감속모듈(110)은, 전기모터(미도시)의 구동축(11) 전단에 형성된 제1선기어(111)와, 제1선기어(111)와 치합하는 제1유성기어(112)와, 제1유성기어(112)가 내측에 수용되고 제1유성기어(112)의 해당 회전축(112a)이 각각 결합되는 제1캐리어(113)와, 제1유성기어(112)와 치합하는 제1링기어(114)로 구성된다.
도 4에 도시된 바와 같이, 제1캐리어(113)의 일측면 중심에는 출력축 치합홀(113a)이 형성된다.
또한, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 제1유성기어(112)는 3개로 구성되어 축을 기준으로 120° 동일 간격으로 상호 이격 배치되고, 제1캐리어(113)의 외주면으로 일부 노출되는 구조로 수용되어 제1유성기어(112)가 제1링기어(114)와 치합하게 된다.
한편, 도 9를 참고하면, 제1선기어(111)의 치수는 9이며, 제1유성기어(112)의 치수는 18이고, 제1링기어(114)의 치수는 45로, 제1단감속모듈(110)의 감속비는 {제1선기어/(제1선기어 + 제1링기어)}의 산출식에 의해 1/6로 결정된다.
이에, 제1단감속모듈(110)은 제1선기어(111)와 제1링기어(114)의 치수에 의한 감속비로, 구동축(11)의 회전력을 1치로 감속하여 후단의 제2단감속모듈(120)의 제2선기어(121)로 전달한다.
제2단감속모듈(120)은, 출력축 치합홀(113a)에 결합하는 제2선기어(121)와, 제2선기어(121)와 치합하는 제2유성기어(122)와, 제2유성기어(122)가 내측에 수용되고 제2유성기어(122)의 해당 회전축(122a)이 각각 결합되는 제2캐리어(123)와, 제2유성기어(123)와 치합하는 제2링기어(124)로 구성된다.
여기서, 도 9에 도시된 바와 같이, 제1유성기어(112)와 제1캐리어(113)의 결합구조와 동일하게, 제2유성기어(122)는 3개로 구성되어 축을 기준으로 120° 동일 간격으로 상호 이격 배치되고, 제2유성기어(122)는 제2캐리어(123)의 외주면으로 일부 노출되는 구조로 수용되어 제2유성기어(122)가 제2링기어(124)와 치합하게 된다.
한편, 도 9를 참고하면, 제2선기어(121)의 치수는 9이며, 제2유성기어(122)의 치수는 18이며, 제2링기어(124)의 치수는 42이고, 제2유성기어(122)는 제1링기어(114)와 치합하여 맞물려 있어서 제2단감속모듈(120)의 감속비는 {제2선기어/(제2선기어 + 제1링기어)}의 산출식에 의해 1/6로 결정된다.
이에, 제2단감속모듈(120)은 제1링기어(114)와 제2선기어(121)의 치수에 의한 감속비로, 제2단감속모듈(120)의 제2캐리어(123)의 회전력을 2치로 감속하여 후단의 출력커버(130)로 전달한다.
한편, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 제1캐리어(113) 및 제2캐리어(123)는 좌우 한쌍의 브라켓으로 구성되고 해당 결합핀(113a,123a)에 의해 결합되고, 브라켓 내측에 제1유성기어(112) 및 제2유성기어(122)가 해당 회전축(112a,122a)에 의해 회전가능하도록 결합될 수 있다.
출력커버(130)는 제2링기어(124)와 고정 결합하고, 중심에 출력축(131)이 형성된다. 여기서, 출력축(131)은 육각볼트 형상으로 연장 형성되어, 출력축(131)에 체결되는 후단의 구동부(미도시)로 회전력을 전달할 수 있다.
하우징(140)은, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 제1링기어(114)가 내측에 고정 결합되는 제1하우징(141)과, 제1하우징(141)과 대향하여 고정 결합하며, 출력커버(130)가 회전가능하도록 결합되고, 출력축(131)이 관통하여 노출되는 제2하우징(142)으로 구성된다.
예컨대, 제1링기어(114)의 외측면은 삼각형 단면구조로 면취가공되고, 제1하우징(141)의 내측면은 제1링기어(114)의 외측면 구조에 상응하여 삼각형 단면구조로 면취가공되어, 상호 고정 결합된다.
도 3을 참조하면, 제2링기어(124)의 외측면은 삼각형 단면구조로 면취가공되며, 출력커버(130)는 원형 단면구조로 형성되며, 제2링기어(124)에 대향하여 제2링기어(124)의 외측면 구조에 상응하여 결합구(132)가 연장 형성되고, 제2하우징(142)의 내측면은 출력커버(130)의 외측면 구조에 상응하여 원형 단면구조로 만입 형성되어서, 출력커버(130)는 제2링기어(124)와 연동하여 제2하우징(142) 내측에서 회전하게 된다.
여기서, 제1링기어(114)의 외측면과 제1하우징(141)의 내측면과 제2링기어(124)의 외측면을 면취가공된 삼각형 단면구조로 예시하였으나, 이에 제한되지 않고 출력축(131)의 토크특성 또는 감속비특성에 따른 감속장치 구성과 구조에 의해 다양한 단면구조로 면취가공될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 제1하우징(141)의 하단에는 고정홀(141a)이 관통된 고정플레이트(141b)가 형성되어서, 고정홀(141a)에 체결되는 볼트 또는 피스에 의해 하우징(140)을 설치공간에 안정적으로 고정시킬 수 있다.
한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 제1캐리어(113)와 제2캐리어(123)는 상호 회전가능하도록 동축결합하며, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 제2유성기어(122)는 제1링기어(114) 및 제2링기어(124)와 중첩되어 치합하여서, 제1하우징(141)에 의해 고정되어 회전하지 않는 제1링기어(113)의 내측기어를 따라 제1유성기어(112)가 회동하고 제1유성기어(112)가 내설된 제1캐리어(113)가 회전하고, 연동하여, 제2선기어(121)가 동기화하여 회전하고 제2유성기어(122)에 의해 제2링기어(124)가 회전하되, 제2유성기어(122)의 회전에 의해 출력커버(130)가 최종 회전하게 된다.
여기서, 제2링기어(124)의 치수는 제1링기어(114)의 치수보다 상대적으로 적게 형성되어서, 치수 차이에 상응하여 제1링기어(115) 기준으로 제2링기어(124)의 감속비는 1/15의 감속비를 추가로 제공하게 된다.
즉, 제1링기어(114)의 치수와 제2링기어(124)의 치수의 차이인 3에 상응하여, 제2유성기어(122)가 제1링기어(114)를 따라 1회전하면 제2링기어(124)는 치수차인 3만큼 반대방향으로 회전하여 제2링기어(124)가 제1링기어(114)의 시작점으로 1회전하기 위해서는 {(제1링기어 - 제2링기어)/제1링기어}의 산출식에 의해 1/15의 감속비를 가지게 된다.
이에, 제1단감속모듈(110), 제2단감속모듈(120), 및 제2유성기어(122)와 중첩되어 치합하는 제1링기어(114) 및 제2링기어(124)의 기어구조로 구성되는 다단 감속구조에 의해서, 출력축(131)의 최종 감속비는 1/540로 고감속비의 회전력을 출력축(131)으로 전달하고, 이의 감속비에 반비례하여 출력축(131)에 높은 토크를 전달한다.
한편, 고감속비의 최종 회전력을 제공하기 위한 기어의 구조적인 안정성을 위해서, 제1링기어(114)와 제2선기어(121)와 제2유성기어(122)는 인벌류트기어(involute gear)로 가공되며, 제2링기어(124)는 싸이클로이드(cycloid)치형의 전위기어로 가공되고, 제1링기어(114)와 제2링기어(124)의 기초원은 동일하게 가공되는 것이 바람직할 수 있다.
도 7에 확대 도시된 바와 같이, 제1캐리어(113)의 출력축 치합홀(113a)에는 제2캐리어(123)에 대향하여 일정높이로 원형의 제1가이드(113b)가 형성되고, 제1가이드(113b)에 대향하여 제2캐리어(123)에는 원형으로 관통된 제2가이드(123b)가 형성되어, 제1캐리어(113)와 제2캐리어(123)는 상호 회전가능하도록 동축결합하여서, 제1 및 제2 가이드(113b,123b)의 구성에 의해 회전에 대한 베어링 역할을 하여 마찰면적을 줄여 피로도를 최소화하고 회전축을 고정시키면서 안정적인 회전을 유도하여 기어의 흔림림 또는 비틀림을 억제할 수도 있다.
제2유성기어(122)는 제1링기어(114) 및 제2링기어(124)와 중첩되어 치합하여, 구동축(11)으로부터 회전력이 전달되지 않는 경우에, 제1링기어(114)와 제2링기어(124) 사이의 상반되는 응력에 의해서 제2링기어(124)는 정지상태를 유지하게 되어서, 진동 또는 하중에 의한 역전현상 없이 강력한 제동기능(self-lock)을 제공할 수 있다.
이에, 댐, 방파제, 저수지 또는 하천의 수문 개폐시, 권양기로 적용하여, 별도의 수문 브레이크의 설치없이, 안정적인 수문의 제동기능을 제공하여서 수문을 정확한 위치로 정밀 제어하여 개폐할 수 있다.
한편, 도 2의 (a) 및 도 3에 도시된 바와 같이, 출력축(131) 내측에는 관통홀(131a)이 형성되고, 제2선기어(121)의 일측종단은 관통홀(131a)을 관통하여 연장 형성되고, 종단에는 수동조작부(121a)가 형성되어서, 전기모터의 구동축(11)으로부터 회전력을 전달받지 않고서도 제1단감속모듈(110)에 의한 1차 감속이 이루어진 상태에서, 수동조작부(121a)의 수동회전에 의해 출력커버(130)의 출력축(131)을 회전시킬 수 있다.
이에, 정전시 또는 전기모터의 이상시, 긴급한 상황에서, 수문을 개폐하여야 하는 경우, 수동조작부(121a)에 의해서 신속하게 수문을 개폐할 수 있는 권양기로 활용할 수 있다.
또한, 자중 개폐식 수문에 비해, 자중객체가 불필요하여서, 수문구조를 보다 단순화하고 경량화하며, 수문개폐를 보다 신속하게 수행하도록 하고, 연계하여 권양기 자체를 소형화/경량화할 수도 있다.
여기서, 수동조작부(121a)는 내측으로 만입된 회전홈으로 구성되거나, 육각 렌치볼트로 형성되거나, 육각너트 형상으로 형성되고, 해당 척을 구비한 핸들, 해당 척을 구비한 전기드릴, 또는 비상배터리를 구비한 모터에 의해 회전가능할 수도 있다.
또한, 수동조작부(121a)는 구동부, 예컨대 수문개폐 구동부와 연결/해제되는 클러치(미도시)를 포함하고, 클러치의 동작에 의해, 출력축(131)을 구동부와 연결하거나 해제할 수 있다.
따라서, 전술한 바와 같은 고감속비를 구현한 감속장치의 구성에 의해서, 다단의 감속구조에 의해, 고감속비를 제공하면서 높은 토크를 제공할 수 있으며, 진동 또는 하중에 의한 역전현상 없이 강력한 제동기능을 제공하여 댐, 방파제, 저수지 또는 하천의 수문 개폐시, 권양기로 적용하여, 별도의 수문 브레이크의 설치없이, 안정적인 수문의 제동기능을 제공하여서 수문을 정확한 위치로 정밀 제어하여 개폐할 수 있으며, 정전시 또는 전기모터의 이상시, 긴급한 상황에서, 수문을 개폐하여야 하는 경우, 수동조작부에 의해서 신속하게 수문을 개폐할 수 있는 권양기로 활용할 수 있으며, 자중 개폐식 수문에 비해, 자중객체가 불필요하여서, 수문구조를 보다 단순화하고 경량화하며, 수문개폐를 보다 신속하게 수행하도록 하고, 출력축과 구동부 사이에 클러치를 개재하여 클러치의 동작에 의해, 출력축을 구동부와 연결하거나 해제하여서, 수동/자동 전환을 구현할 수 있다.
본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

Claims (5)

  1. 전기모터의 구동축 전단에 형성된 제1선기어와, 상기 제1선기어와 치합하는 제1유성기어와, 상기 제1유성기어가 내측에 수용되고 상기 제1유성기어의 해당 회전축이 각각 결합되는 제1캐리어와, 상기 제1유성기어와 치합하는 제1링기어로 구성되되, 상기 제1캐리어의 일측면 중심에는 출력축 치합홀이 형성되는, 제1단감속모듈;
    상기 출력축 치합홀에 결합하는 제2선기어와, 상기 제2선기어와 치합하는 제2유성기어와, 상기 제2유성기어가 내측에 수용되고 상기 제2유성기어의 해당 회전축이 각각 결합되는 제2캐리어와, 상기 제2유성기와 치합하는 제2링기어로 구성되되, 상기 제2유성기어는 상기 제1링기어 및 상기 제2링기어와 중첩되어 치합하는, 제2단감속모듈;
    상기 제2링기어와 고정 결합하고 중심에 출력축이 형성된 출력커버; 및
    상기 제1링기어가 내측에 고정 결합되는 제1하우징과, 상기 제1하우징과 대향하여 고정 결합하며, 상기 출력커버가 회전가능하도록 결합되고, 상기 출력축이 관통하여 노출되는 제2하우징으로 구성되는 하우징;을 포함하고,
    상기 제1캐리어와 상기 제2캐리어는 상호 회전가능하도록 동축결합하고, 상기 제1링기어의 치수는 45개이고, 상기 제2링기어의 치수는 42개로 구성되어, 상기 제1링기어와 상기 제2링기어에 의한 상기 출력축의 감속비는 1/15인, 고감속비를 구현하고,
    상기 제1링기어의 외측면은 삼각형 단면구조로 면취가공되고, 상기 제1하우징의 내측면은 상기 제1링기어의 외측면 구조에 상응하여 삼각형 단면구조로 면취가공되어, 상호 고정 결합되며,
    상기 제2링기어의 외측면은 삼각형 단면구조로 면취가공되고, 상기 출력커버는 원형 단면구조로 형성되며 상기 제2링기어에 대향하여 상기 제2링기어의 외측면 구조에 상응하여 결합구가 연장 형성되고,
    상기 제2하우징의 내측면은 상기 출력커버의 외측면 구조에 상응하여 원형 단면구조로 만입 형성되는 것을 특징으로 하는, 고감속비를 구현한 감속장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1선기어의 치수는 9이며 상기 제1유성기어의 치수는 18이고 상기 제1링기어의 치수는 45로 상기 제1단감속모듈의 감속비는 1/6이며, 상기 제2선기어의 치수는 9이며 상기 제2유성기어의 치수는 18로 제2단감속모듈의 감속비는 1/6이고, 상기 제2링기어의 치수는 42이고 상기 제1링기어 기준으로 상기 제2링기어의 감속비는 1/15로, 상기 출력축의 최종 감속비는 1/540인 것을 특징으로 하는, 고감속비를 구현한 감속장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1링기어와 상기 제2선기어와 상기 제2유성기어는 인벌류트기어로 가공되고, 상기 제2링기어는 싸이클로이드치형의 전위기어로 가공되는 것을 특징으로 하는, 고감속비를 구현한 감속장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1하우징의 하단에는 고정홀이 관통된 고정플레이트가 형성되는 것을 특징으로 하는, 고감속비를 구현한 감속장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1캐리어의 상기 출력축 치합홀에는 상기 제2캐리어에 대향하여 일정높이로 원형의 제1가이드가 형성되고, 상기 제1가이드에 대향하여 상기 제2캐리어에는 원형으로 관통된 제2가이드가 형성되어, 상기 제1캐리어와 상기 제2캐리어는 상호 회전가능하도록 동축결합하는 것을 특징으로 하는, 고감속비를 구현한 감속장치.
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